rmg_lazy_bone
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Liebe PCMasters, liebe PC-Lehrlinge,
nachdem ich gerade einige Forendiskussionen über PWM gelesen habe, das mir die Haare ausfallen, hier der ultimative ich-weiß-was-Fred, um möglichst alle Fragen zur Technik der PWM. Technische Aspekte sind z.T. populistisch umformuliert, vereinfacht und deshalb genau genommen falsch. Ich bitte dies zu entschuldigen, da ich keine Physiker, Elektriker (oder Elektroniker?) und Bessserwisser erreichen will. Die wissen das hier meist.
PWM bedeutet Pulse-Width-Modulation oder auf deutsch Pulsweitenmodulation.
Dabei wird über eine zusätzliche (vierte) Leitung ein rechteck-Signal gesendet, das man sich vorstellen kann wie einen Typ, der regelmäßig "1" und "0" ruft. Der Lüfter läuft bei 1 an und wird bei 0 ausgeschaltet (genau: bei den Flanken, also dem Wechel zwichen 1 und 0). Wie ein elektrischer Schalter (=Relais, hier Transistor).
Diese Lüfter werden nicht über die Spannung geregelt. Er dreht immer mit voller Spannung, wird aber andauernd an- und ausgeschaltet. Dabei schafft ers nicht auf die volle Geschwindigkeit, hält aber auch nicht ganz an.
Wie funktioniert es?
Die Regelung geschieht über die Länge der Signale.
Je länger es vom an- bis zum ausschalten dauert, desto schneller kann der Lüfter werden. Solange die Geschwindigkeit gleich bleiben soll, wird das Signal andauernd wiederholt - lange an, kurz aus und wieder von vorne - wenns schnell werden soll. Oder eben kurz an, dann länger aus, dann wieder an.
Je schneller die Signale aneinander gereiht werden (=Frequenz de PWM-Signals), desto gleichmäßiger ist die Geschwindigkeit.
Wofür sind die Leitungen?
3 Leitungen sind wie bei normalen Lüftern:
Spannung, Masse und Tacho.
Die 4. Leitung ist die PWM-Signal-Leitung.
Deshalb kann man PWM-Lüfter auch an 3-Pin-Anschlüssen verwenden.
Dann wird der Lüfter normal über die Spannung geregelt, wie alle anderen.
Dabei besteht keine Gefahr für Steuerung/Lüfter, allerdings gehen die Vorteile von PWM verloren.
Vorteil von PWM:
Der Hauptvorteil von PWM ist die Möglichkeit niedrigere Umdrehungsgeschwindigkeiten und damit Lautstärken zu realisieren.
Begründung: Lüfter benötigen eine sogenannte "Anlaufspannung". Diese liegt bei den meisten Lüftern im Bereich um 5V, weshalb nur wenige Lüftersteuerungen unter diese Spannung gehen.
Sind die Lüfter einmal angedreht, können sie auch unter die Anlaufspannung geregelt werden. Dies muss aber manuell oder über bestimmte Software geregelt werden. Einige Mainboards lassen alle Lüfter beim Bootvorgang kurz voll (12V) anlaufen. Damit entfällt das Problem.
Da PWM-Lüfter immer mit Maximalspannung (i.d.R. 12V) laufen, können sie theoretisch ab 1U/min geregelt werden. Die Untergrenze wird aber praktisch durch die Frequenz geregelt - je höher die Frequenz, desto niedriger die minimale Geschwindigkeit. Erklärung hierzu auf Nachfrage.
Metapher: Stellt euer Auto vor eueren 3-jährigen Sohn/Bruder/Hund ohne Handbremse und im Leerlauf - bewegt bekommt der Kleine es trotzdem nicht. Wenn Papa aber erstmal angeschoben hat, kann zumindest der große Bruder das Auto weiterschieben.
Das liegt beim Lüfter an einer Kombination aus magnetischen Kräften (Frage des Aufbaus eines E-Motors), Haftreibung und Selbstinduktion.
Nachteil von PWM:
-höhere Kosten:
Aufgrund der zusätzlichen Steuerelektronik entstehen höhere Fertigungskosten, die natürlich auf den Kunden umgelegt werden.
Die genauen Zusatzkosten sind mir nicht bekannt, liegen aber wahrscheinlich weit unter den Preisdifferenzen zwischen PWM und Nicht-PWM-Lüftern.
-Geringere Lebensspanne:
Der Lüfter wird mit PWM andauernd an- und ausgeschaltet, was ihm nicht unbedingt gut tut. Die Auswirkungen sind jedoch minimal und sinken mit steigender Steuerfrequenz (da der Lüfter beim wieder Anschalten ja noch dreht).
-eventuelle Störgeräusche
Die andauernden Signalwechsel, die an der PWM-Leitung anliegen, erzeugt Obertonfrequenzen, die möglicherweise hörbar sind. Hochwertige PWM-Steuerungen Regeln deshalb in einem Bereich, der jenseits des Hörbaren liegt (über 20kHz).
Der genaue Grund wird unten diskutiert, hängt aber laut Erfahrungswerten von der Lüftersteuerung ab und schwankt mitunter selbst in einer Lüfterserie von störend bis unhöbar.
Sämtliche Angaben sind technisch und praktisch bestätigt. Trotzdem übernehme ich keinerlei Verantwortung und kein Gewehr. oder Gewähr oder so. Serienstreuung, Ausnahmen und Ich-will-aber-nicht gibts immer.
LG
RMG
nachdem ich gerade einige Forendiskussionen über PWM gelesen habe, das mir die Haare ausfallen, hier der ultimative ich-weiß-was-Fred, um möglichst alle Fragen zur Technik der PWM. Technische Aspekte sind z.T. populistisch umformuliert, vereinfacht und deshalb genau genommen falsch. Ich bitte dies zu entschuldigen, da ich keine Physiker, Elektriker (oder Elektroniker?) und Bessserwisser erreichen will. Die wissen das hier meist.
PWM bedeutet Pulse-Width-Modulation oder auf deutsch Pulsweitenmodulation.
Dabei wird über eine zusätzliche (vierte) Leitung ein rechteck-Signal gesendet, das man sich vorstellen kann wie einen Typ, der regelmäßig "1" und "0" ruft. Der Lüfter läuft bei 1 an und wird bei 0 ausgeschaltet (genau: bei den Flanken, also dem Wechel zwichen 1 und 0). Wie ein elektrischer Schalter (=Relais, hier Transistor).
Diese Lüfter werden nicht über die Spannung geregelt. Er dreht immer mit voller Spannung, wird aber andauernd an- und ausgeschaltet. Dabei schafft ers nicht auf die volle Geschwindigkeit, hält aber auch nicht ganz an.
Wie funktioniert es?
Die Regelung geschieht über die Länge der Signale.
Je länger es vom an- bis zum ausschalten dauert, desto schneller kann der Lüfter werden. Solange die Geschwindigkeit gleich bleiben soll, wird das Signal andauernd wiederholt - lange an, kurz aus und wieder von vorne - wenns schnell werden soll. Oder eben kurz an, dann länger aus, dann wieder an.
Je schneller die Signale aneinander gereiht werden (=Frequenz de PWM-Signals), desto gleichmäßiger ist die Geschwindigkeit.
Wofür sind die Leitungen?
3 Leitungen sind wie bei normalen Lüftern:
Spannung, Masse und Tacho.
Die 4. Leitung ist die PWM-Signal-Leitung.
Deshalb kann man PWM-Lüfter auch an 3-Pin-Anschlüssen verwenden.
Dann wird der Lüfter normal über die Spannung geregelt, wie alle anderen.
Dabei besteht keine Gefahr für Steuerung/Lüfter, allerdings gehen die Vorteile von PWM verloren.
Vorteil von PWM:
Der Hauptvorteil von PWM ist die Möglichkeit niedrigere Umdrehungsgeschwindigkeiten und damit Lautstärken zu realisieren.
Begründung: Lüfter benötigen eine sogenannte "Anlaufspannung". Diese liegt bei den meisten Lüftern im Bereich um 5V, weshalb nur wenige Lüftersteuerungen unter diese Spannung gehen.
Sind die Lüfter einmal angedreht, können sie auch unter die Anlaufspannung geregelt werden. Dies muss aber manuell oder über bestimmte Software geregelt werden. Einige Mainboards lassen alle Lüfter beim Bootvorgang kurz voll (12V) anlaufen. Damit entfällt das Problem.
Da PWM-Lüfter immer mit Maximalspannung (i.d.R. 12V) laufen, können sie theoretisch ab 1U/min geregelt werden. Die Untergrenze wird aber praktisch durch die Frequenz geregelt - je höher die Frequenz, desto niedriger die minimale Geschwindigkeit. Erklärung hierzu auf Nachfrage.
Metapher: Stellt euer Auto vor eueren 3-jährigen Sohn/Bruder/Hund ohne Handbremse und im Leerlauf - bewegt bekommt der Kleine es trotzdem nicht. Wenn Papa aber erstmal angeschoben hat, kann zumindest der große Bruder das Auto weiterschieben.
Das liegt beim Lüfter an einer Kombination aus magnetischen Kräften (Frage des Aufbaus eines E-Motors), Haftreibung und Selbstinduktion.
Nachteil von PWM:
-höhere Kosten:
Aufgrund der zusätzlichen Steuerelektronik entstehen höhere Fertigungskosten, die natürlich auf den Kunden umgelegt werden.
Die genauen Zusatzkosten sind mir nicht bekannt, liegen aber wahrscheinlich weit unter den Preisdifferenzen zwischen PWM und Nicht-PWM-Lüftern.
-Geringere Lebensspanne:
Der Lüfter wird mit PWM andauernd an- und ausgeschaltet, was ihm nicht unbedingt gut tut. Die Auswirkungen sind jedoch minimal und sinken mit steigender Steuerfrequenz (da der Lüfter beim wieder Anschalten ja noch dreht).
-eventuelle Störgeräusche
Die andauernden Signalwechsel, die an der PWM-Leitung anliegen, erzeugt Obertonfrequenzen, die möglicherweise hörbar sind. Hochwertige PWM-Steuerungen Regeln deshalb in einem Bereich, der jenseits des Hörbaren liegt (über 20kHz).
Der genaue Grund wird unten diskutiert, hängt aber laut Erfahrungswerten von der Lüftersteuerung ab und schwankt mitunter selbst in einer Lüfterserie von störend bis unhöbar.
Sämtliche Angaben sind technisch und praktisch bestätigt. Trotzdem übernehme ich keinerlei Verantwortung und kein Gewehr. oder Gewähr oder so. Serienstreuung, Ausnahmen und Ich-will-aber-nicht gibts immer.
LG
RMG
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